Netty粘包与拆包问题
先看一下下面的例子:
服务端代码为:
public class TimeServer {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {EventLoopGroup bossGroup=new NioEventLoopGroup();EventLoopGroup workerGroup=new NioEventLoopGroup();try{ServerBootstrap b=new ServerBootstrap();b.group(bossGroup,workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).option(ChannelOption.SO_BACKLOG,1024).childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel channel) {channel.pipeline().addLast(new TimeServerHandler());}});ChannelFuture f=b.bind(8081).sync();f.channel().closeFuture().sync();}finally {bossGroup.shutdownGracefully();workerGroup.shutdownGracefully();}}
}
class TimeServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler {private int counter;@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) throws Exception {ByteBuf buf=(ByteBuf)msg;byte[] req=new byte[buf.readableBytes()];buf.readBytes(req);String body=new String(req, StandardCharsets.UTF_8);System.out.println(body+",counter:"+ (++counter));}
}
客户端代码为:
public class TimeClient {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {EventLoopGroup group=new NioEventLoopGroup();try{Bootstrap b=new Bootstrap();b.group(group).channel(NioSocketChannel.class).option(ChannelOption.TCP_NODELAY,true).handler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel socketChannel){socketChannel.pipeline().addLast(new TimeClientHandler());}});ChannelFuture f=b.connect("127.0.0.1",8081).sync();f.channel().closeFuture().sync();}finally {group.shutdownGracefully();}}
}
public class TimeClientHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {@Overridepublic void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) {byte[] req= ("send msg to server\r\n").getBytes(StandardCharsets.UTF_8);for (int i = 0; i < 3; i++) {ByteBuf msg= Unpooled.buffer(req.length);msg.writeBytes(req);ctx.writeAndFlush(msg);}}
}
上面的代码中,客户端会连续发三条信息给服务端,服务端接收信息并进行计数。
或许你会认为服务端会收到三条信息,但事实上服务端可能只会收到一条,结果为:
send msg to server\send msg to server\send msg to server,counter:1
这是因为发生了粘包。粘包指的是多个小的数据包可能被封装成一个大的数据包发送。与之相关的是拆包,拆包指的是一个完整的数据包可能会被 TCP 拆分成多个包进行发送。
出现粘包/拆包的原因
出现粘包/拆包的原因有三点:
- 应用发送的字节数超过 Socket 发送缓冲区的大小。每个 TCP Socket 连接在内核中都有一个发送缓冲区和接收缓冲区,在接收数据时,会把数据存到接收缓冲区,等待用户读取。
- 对超过 TCP 最大报文段长度(Max Segment Size,MSS)进行 TCP 分段。
- 对以太网帧超过最大传输单元(Maximum Transmission Unit,MTU)进行 IP 分片。因为数据链路层传输的帧大小是有限制的,MTU 指的就是以太网和 IEEE 802.3 对数据帧的长度限制。
如果 IP 需要发送一个数据报,并且这个数据报比链路层 MTU 大,则 IP 会通过分片将数据报分解成较小的部分,使每个分片都小于 MTU。 当两台主机之间跨越多个网络通信时,每条链路可能有不同大小的 MTU。在包含所有链路的整个网络路径上,最小的 MTU 称为路径 MTU。
粘包问题的解决办法
因为底层的 TCP 无法区分上层的应用数据,所以只能依赖上层来解决,主要有四种办法:
- 固定消息的长度
- 在包尾增加回车或换行符以进行分割
- 将消息分为消息头和消息体,消息头中包含表示消息总长度 (或者消息体长度) 的字段。
- 使用更复杂的应用层协议。
Netty 提供了 LineBasedFrameDecoder 和 StringDecoder 解决粘包问题。
public class TimeServer {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {EventLoopGroup bossGroup=new NioEventLoopGroup();EventLoopGroup workerGroup=new NioEventLoopGroup();try{ServerBootstrap b=new ServerBootstrap();b.group(bossGroup,workerGroup).channel(NioServerSocketChannel.class).option(ChannelOption.SO_BACKLOG,1024).childHandler(new ChannelInitializer<SocketChannel>() {@Overrideprotected void initChannel(SocketChannel channel) { //添加LineBasedFrameDecoder和StringDecoderchannel.pipeline().addLast(new LineBasedFrameDecoder(1024));channel.pipeline().addLast(new StringDecoder());channel.pipeline().addLast(new TimeServerHandler());}});ChannelFuture f=b.bind(8081).sync();f.channel().closeFuture().sync();}finally {bossGroup.shutdownGracefully();workerGroup.shutdownGracefully();}}
}
class TimeServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler {private int counter;@Overrideprotected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {String body=(String) msg; //接收到的是String类型System.out.println(body+",counter:"+ (++counter));}
}
LineBasedFrameDecoder 的工作原理是依次遍历 ByteBuf 中的可读字节,判断是否有“\n”或者“\r\n”,如果有,就以此位置为结束位置,从可读索引到结束位置区间的字节就组成了一行。它是以换行符为结束标志的解码器。
StringDecoder 则会将接收到的对象转换成字符串。
参考:
- 《Netty 权威指南》
- 《TCP/IP 详解卷 1:协议》
- TCP的发送缓冲区和接收缓冲区 - 取经路上的白龙马C - 博客园
- MTU TCP-MSS详解 - 知乎
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